Дизельное топливо и бензин: отличия по составу и сгоранию

Дизельное топливо и бензин — это две разные фракции переработки нефти, рассчитанные на два противоположных способа воспламенения: бензин поджигается искрой и обязан сопротивляться самовоспламенению, дизельное топливо впрыскивается в раскалённый сжатый воздух и обязано вспыхнуть само и быстро. Отсюда всё остальное. Бензин легче и летучее: плотность 725,0–780,0 кг/м³ при 15 °C и конец кипения не выше 215 °C по ГОСТ 32513-2023. Дизельное топливо тяжелее и кипит выше: предел плотности 833,5–863,4 кг/м³ в зависимости от марки и температура, при которой перегоняется половина объёма, составляет 280 °C для марок Л, Е и З и 255 °C для арктической А по ГОСТ 305-2013. Качество топлива измеряется взаимоисключающими шкалами: у бензина октановое число (стойкость к самовоспламенению), у дизельного — цетановое (готовность к нему). Литр солярки несёт примерно на 11–15% больше энергии, чем литр бензина, но на килограмм разницы почти нет. Практическое следствие — разный нагар: у дизеля сажевый, в форсунках и сажевом фильтре, у бензинового мотора лаковый, на клапанах и свечах.

Разные фракции: где заканчивается бензин и начинается солярка

Оба топлива получают из одной нефти, но отбирают на разных температурах перегонки. Проще всего это видно по нормам двух действующих стандартов.

Нормы бензина взяты из таблицы требований ГОСТ 32513-2023 «Бензин автомобильный. Технические условия», нормы дизельного топлива — из таблицы 1 ГОСТ 305-2013 «Топливо дизельное. Технические условия».

Сопоставьте крайние строки. Бензин к 215 °C выкипает целиком, а дизельное топливо к этой температуре ещё даже не дошло до середины: половина объёма перегоняется при 280 °C, а последние проценты — при 360 °C. Это и есть корень всех различий: в цилиндре бензин успевает испариться до подхода фронта пламени, а солярка испаряется прямо в процессе горения, каплями, за тысячные доли секунды.

Отсюда же разница в плотности. Тяжёлые фракции плотнее: 0,834–0,863 кг в литре у дизельного топлива против 0,725–0,780 кг у бензина. Как эта величина ведёт себя с температурой и почему её нужно указывать в путевом листе, разобрано в материале плотность дизельного топлива.

Искра против сжатия: главное отличие не в топливе, а в том, как его поджигают

Бензиновый двигатель готовит однородную смесь заранее, во впускном тракте, сжимает её и поджигает искрой в расчётный момент. Всё, что воспламенилось раньше искры, это детонация, разрушительный режим. Поэтому от бензина требуется сопротивляться самовоспламенению, и мерой этого сопротивления служит октановое число: по ГОСТ 32513-2023 не менее 92, 95 или 98 по исследовательскому методу в зависимости от марки. Подробно про шкалу и два метода испытаний написано в материале октановое число бензина.

Дизель устроен наоборот. В цилиндр на впуске заходит чистый воздух, он сжимается от 16 раз у тихоходных до 25 у быстроходных двигателей и нагревается работой сжатия, а топливо подаётся форсункой в конце такта и должно воспламениться само. Здесь ранняя вспышка — не авария, а условие работы, и топливо оценивают по противоположному признаку: цетановое число по ГОСТ 305-2013 составляет не менее 45 для всех четырёх марок. Механика такта и период задержки воспламенения разобраны в материале принцип работы дизельного двигателя, а про то, что стоит в дизеле вместо свечей зажигания, есть материал почему в дизеле нет свечей.

Две шкалы направлены в разные стороны, и это не фигура речи: топливо, хорошее по одной, заведомо плохо по другой. Справочник Alternative Fuels Data Center Министерства энергетики США так и заполняет строки: у бензина октановое число 84–93 и прочерк в графе цетанового, у дизельного топлива цетановое число 40–55 и прочерк в графе октанового.

Температура вспышки: почему бензин опаснее в обращении

Это то отличие, которое чувствуется без приборов. Температура вспышки — минимальная температура, при которой над жидкостью скапливается достаточно паров, чтобы они вспыхнули от постороннего источника огня. У бензина она составляет −45 °F, у дизельного топлива марки #2 — 165 °F по тому же справочнику AFDC, то есть примерно −43 °C против +74 °C.

Разрыв в 117 градусов объясняет всю бытовую разницу. Бензин отдаёт горючие пары в любой мороз: над разлитой лужей всегда есть воспламеняемая смесь. Дизельное топливо при обычных уличных температурах паров почти не даёт: брошенная в солярку спичка гаснет, и именно поэтому «солярка не горит» стало расхожим мнением. Горит она прекрасно, но распылённой и в горячем воздухе, а не лужей на холодном асфальте.

Отдельно про температуру самовоспламенения — величину, которой часто пытаются объяснить дизельный цикл. Опорной точкой она служить не может: справочники расходятся между собой в разы больше, чем расходятся сами топлива. AFDC даёт для бензина 495 °F, а для дизельного топлива около 600 °F, то есть у бензина ниже. Сводная таблица температур самовоспламенения в англоязычной Википедии даёт обратный порядок: 247–280 °C для бензина против 210 °C для дизельного топлива, и прямо оговаривает, что температуры в литературе широко расходятся и годятся только как оценка, поскольку зависят от парциального давления кислорода, высоты над уровнем моря, влажности и времени, отведённого на воспламенение. Вывод из этого практический: спорить о десятках градусов бессмысленно, работу двигателя задаёт не паспортная цифра самовоспламенения, а условия в цилиндре: степень сжатия, момент впрыска и распыл.

Энергия: литр против килограмма

Двигатель извлекает энергию из массы, а платит покупатель за объём. Поэтому сравнивать нужно в обеих единицах, и результат получается разный.

Исходные значения на галлон взяты из справочника AFDC, остальные строки пересчитаны из них и из нормативной плотности выше. По массе диапазон у бензина шире не потому, что бензин разнообразнее по химии, а потому что вилка теплоты сгорания делится на вилку плотности: крайние комбинации в одной партии не встречаются.

Читать таблицу нужно так. На литр преимущество дизельного топлива заметное, около 11–15%, и это одна из причин, по которой дизельная техника показывает меньший расход в литрах на сотню при сопоставимой работе. На килограмм преимущества практически нет: оба топлива лежат около 42 МДж/кг. Разница в баке — это разница в плотности, а не в качестве химической энергии. Что из этого попадает в цену на колонке, разобрано отдельно: почему дизель дороже бензина.

Разное сгорание — разный нагар

Практическое следствие всех перечисленных отличий видно при разборке мотора.

У дизеля сажа рождается не от общей нехватки воздуха (его в цилиндре как раз с запасом), а внутри струи распыла, где топлива больше, чем кислорода успевает подойти. Механизм и четыре зоны накопления разобраны в материале нагар в дизельном двигателе, а судьба сажи в выпускном тракте показана в материале сажевый фильтр на дизеле. У бензинового мотора этой стадии нет вовсе, и о состоянии камеры сгорания там судят по свече: что означает каждый цвет налёта, разобрано в материале нагар на свечах.

Вопросы, которые задают чаще всего

Чем дизельное топливо отличается от бензина простыми словами? Это разные фракции нефти под разные способы поджига. Бензин лёгкий и летучий (конец кипения не выше 215 °C, плотность 725,0–780,0 кг/м³), поджигается искрой и должен сопротивляться самовоспламенению, за это отвечает октановое число. Дизельное топливо тяжелее и кипит выше (половина объёма перегоняется при 280 °C у марок Л, Е и З), воспламеняется от сжатого горячего воздуха и должно вспыхивать легко, за это отвечает цетановое число, не менее 45 по ГОСТ 305-2013.

Правда ли, что солярка загорается легче бензина? Нет, в обычных условиях наоборот. Температура вспышки бензина около −43 °C, у дизельного топлива около +74 °C по данным AFDC: бензин отдаёт воспламеняемые пары даже на морозе, а солярку для этого нужно предварительно нагреть. В цилиндре картина другая, но там топливо распылено в воздух, сжатый в 16–25 раз, и сравнивать эти две ситуации напрямую нельзя.

Почему в литре солярки энергии больше, а в килограмме — столько же? Потому что разница в плотности. Килограмм обоих топлив даёт около 42 МДж, но в литре дизельного топлива этих килограммов больше: 0,834–0,863 против 0,725–0,780. Отсюда и преимущество примерно в 11–15% на литр.

Что будет, если залить бензин в дизельный двигатель? Топливная аппаратура высокого давления смазывается самим топливом, а у бензина смазывающая способность несопоставимо ниже. Даже без запуска двигателя прокачка бензина по контуру грозит износом плунжерных пар и форсунок, поэтому бак сливают, не заводя мотор.

Почему у дизеля нагар чёрный, а у бензинового мотора нет? Из-за способа смесеобразования. В дизеле топливо горит там же, где впрыскивается, и в ядре струи всегда есть зона, где кислорода не хватает, оттуда и сажа. В бензиновом моторе смесь однородна к моменту искры, и отложения там формируются в основном из масла и тяжёлых остатков топлива, то есть это лаки, а не сажа.

Практический вывод

Из различий следует практическое правило: методики и расходники двух типов моторов не переносятся друг на друга. Дизелю важны состояние распылителей, давление впрыска, марка топлива под фактическую температуру и вовремя пройденная регенерация фильтра. Бензиновому — соблюдение минимально допустимого октанового числа из руководства и состояние камеры сгорания, по которому это требование со временем растёт.

Общее у них одно: чем полнее топливо окисляется в цикле, тем меньше углерода уходит в отложения. Водородный генератор ВГА — бортовой электролизёр, который подаёт газ через баблер во впускной коллектор работающего двигателя; газ вырабатывается только при работающем моторе и нигде не хранится. Оборудование ставится и на бензиновые, и на дизельные, и на газовые двигатели, а модель подбирается по рабочему объёму: ВГА-90 до 2 литров, ВГА-120 на 2–6,5 литра, ВГА-240 от 6,5 литра и более. Бортсеть нагружается на 65–85 Вт у легковых и на 175–190 Вт у грузовых, подключение идёт через реле и предохранитель. Регламент обслуживания короткий: долив дистиллированной воды 1 литр на 5000 км на легковых и 2 литра на грузовых, полная замена раствора каждые 25 000–30 000 км, зимой в раствор и баблер добавляется изопропиловый спирт 15–20% в зависимости от среднесуточной температуры. Изготовитель гарантирует работу в течение года и оценивает ресурс в 500 000 км или 10 лет.

Характеристики и комплектации собраны в карточках моделей, цены и расчёт под конкретную технику — на странице стоимости.